Жылы Nebula құбылысы және "Nebulium" гипотезасы

Кіріспе

Небуланың астрономиялық байқауында табылған элемент Небулиум – Уильям Хэггинс 1864 жылы тумандықтың астрономиялық байқауында болжаған элемент. Спектроскопияны қолдану арқылы ашылған Мысық Көзі тұмандығының күшті жасыл эмиссиялық сызықтары осы эмиссияға әлі белгісіз элемент жауапты деген гипотезаға алып келді. 1927 жылы Айра Спраг Боуэн бұл сызықтар екі рет иондалған оттегі (O2+) арқылы шығатынын көрсетті, және оларды түсіндіру үшін жаңа элемент қажет емес екенін дәлелдеді.

Тарих

Уильям Хайд Волластон 1802 жылы және Джозеф фон Фраунхофер 1814 жылы Күн спектріндегі қараңғы сызықтарды сипаттады. Кейін Густав Кирхгофф сызықтарды атомдық сіңіру немесе сәуле шығару арқылы түсіндірді, бұл сызықтарды химиялық элементтерді анықтау үшін пайдалануға мүмкіндік берді. Телескоптық астрономияның алғашқы күндері «тұмандық» деген сөз жұлдызға ұқсамайтын кез келген жарық дақты сипаттау үшін қолданылған. Олардың көбі, мысалы Андромеда тұмандығының спектрі жұлдыздық спектрге ұқсады және олар галактикалар екені анықталды. Басқалары, мысалы Мысық Көзі тұмандығы, мүлдем басқа спектрлерге ие болды. Уильям Хаггинс Мысық Көзіне қарағанда, Күндегідей үздіксіз спектрді емес, тек бірнеше күшті сәуле шығару сызықтарын тапты. 495,9 нм және 500,7 нм ұзындығындағы екі жасыл сызық ең күштілері болды. Бұл сызықтар Жердегі белгілі элементтерге сәйкес келмеді. 1868 жылы гелий Күндегі сәуле шығару сызықтары арқылы анықталған және 1895 жылы Жерде де табылуы астрономдарды бұл сызықтардың жаңа элементке байланысты болуы мүмкін деген ойға жетеледі. «Небулий» (кейде «небулум» немесе «нефелий») атауын алғаш рет Маргарет Линдсей Хаггинс 1898 жылы қысқаша хабарламасында айтқан, бірақ күйеуі бұл терминді бұрын да қолданғандығы мәлім. 1911 жылы Джон Уильям Николсон барлық белгілі элементтердің төрт протоэлементтен тұратынын болжады, олардың бірі – Небулий. Димитрий Менделеевтің периодтық кестесін жасауы және Генри Мозлидің 1913 жылы атомдық сандарды анықтауы жаңа элементке орын қалдырмады. 1914 жылы француз астрономдары Небулийдің атомдық салмағын анықтай алды. 372 нм-ге жақын сызықтар үшін өлшенген 2,74 мәні және 500,7 нм сызығы үшін сәл төменгі мән спектрге екі элементтің жауапты екенін көрсетті. Айра Спраг Боуэн ультракүлгін спектроскопиямен және периодтық кестедегі жеңіл элементтердің спектрлерін есептеумен айналысып жүргенде, Хаггинс ашқан жасыл сызықтар туралы білді. Осы біліммен ол жасыл сызықтардың тыйым салынған ауысулар болуы мүмкін екенін ұсынды. Олар гипотетикалық Небулий емес, өте төмен тығыздықтағы екі рет иондалған оттегінің әсерінен пайда болды. Генри Норрис Рассел айтқандай, «Небулий ауаға сіңіп кетті». Тұмандықтар әдетте өте сирек, Жерде жасалған ең күшті вакуумнан да тығыздығы аз болады. Мұндай жағдайларда қалыпты тығыздықта басылып тасталған сызықтар пайда болуы мүмкін. Бұл сызықтар «тыйым салынған сызықтар» деп аталады және көптеген тұмандық спектрлерінде ең күшті сызықтар болып табылады.

William Hyde Wollaston in 1802 and Joseph von Fraunhofer in 1814 described the dark lines within the solar spectrum. Later, Gustav Kirchhoff explained the lines by atomic absorption or emission, which allowed the lines to be used for the identification of chemical elements. In the early days of telescopic astronomy, the word nebula was used to describe any fuzzy patch of light that did not look like a star. Many of these, such as the Andromeda Nebula, had spectra that looked like stellar spectra, and these turned out to be galaxies. Others, such as the Cat's Eye Nebula, had very different spectra. When William Huggins looked at the Cat's Eye, he found no continuous spectrum like that seen in the Sun, but just a few strong emission lines. The two green lines at 495.9 nm and 500.7 nm were the strongest. These lines did not correspond to any known elements on Earth. The fact that helium had been identified by the emission lines in the Sun in 1868, and had then also been found on Earth in 1895, encouraged astronomers to suggest that the lines were due to a new element. The name nebulium (occasionally nebulum or nephelium) was first mentioned by Margaret Lindsay Huggins in a short communication in 1898, although it is stated that her husband occasionally used the term before. In 1911, John William Nicholson theorized that all known elements consisted of four protoelements, one of which was Nebulium. The development of the periodic table by Dimitri Mendeleev and the determination of the atomic numbers by Henry Moseley in 1913 left nearly no room for a new element. In 1914 French astronomers were able to determine the atomic weight of nebulium. A measured value of 2.74 for the lines near 372 nm and a slightly lower value for the 500.7 nm line seemed to indicate that two elements were responsible for the spectrum. Ira Sprague Bowen was working on UV spectroscopy and on the calculation of spectra of the light elements of the periodic table when he became aware of the green lines discovered by Huggins. With this knowledge he was able to suggest that the green lines might be forbidden transitions. They were shown as due to doubly ionized oxygen at extremely low density, rather than the hypothetical nebulium. As Henry Norris Russell put it, "Nebulium has vanished into thin air." Nebulae are typically extremely rarefied, much less dense than the hardest vacuums produced on Earth. In these conditions, lines can form which are suppressed at normal densities. These lines are known as forbidden lines, and are the strongest lines in most nebular spectra.